Pengaruh Senyawa Kimia Dalam Limbah Penyulingan Minyak Atsiri Terhadap Aktivitas E.coli Effect of Chemical Compounds in Wastes from Essential Oil Distillation on the Activity of E.coli

  

Pengaruh Senyawa Kimia Dalam Limbah Penyulingan Minyak

Atsiri Terhadap Aktivitas E.coli

Effect of Chemical Compounds in Wastes from Essential Oil

Distillation on the Activity of E.coli Mai Anugrahwati*, Wiyogo Prio Wicaksono, Rizqy Nurlestari Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Islam Indonesia Jl. Kaliurang Km 14,5 Sleman Yogyakarta

• mai.anugrahwati@uii.ac.id

  

Abstrak

Penelitian terkait pengaruh senyawa kimia dalam limbah penyulingan minyak atsiri yang meliputi

daun jeruk, daun sereh, bunga kenanga dan ketumbar terhadap aktivitas Escherichia coli telah

dilakukan. Dalam penelitian ini, pengamatan dilakukan menggunakan sel bahan bakar mikroba (E.

coli ) dengan dua kompartemen yang dihubungkan dengan nafion dan menggunakan elektroda seng

yang dihubungkan dengan kawat tembaga serta multimeter. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

senyawa kimia dalam limbah daun jeruk memiliki pengaruh yang lebih positif terhadap aktivitas

E.coli , ditunjukkan dengan arus listrik yang dihasilkan mencapai 20 µA serta adanya pengaruh yang

signifikan dari variasi massa substrat ini terhadap arus listrik yang dihasilkan.

  

Senyawa kimia dari ketiga sampel limbah lainnya tidak seefektif daun jeruk jika digunakan sebagai

substrat karena berdasarkan analisis extrak metanolnya dengan GC-MS menunjukkan bahwa masih

adanya senyawa kimia seperti asam oktadekanoat dan rosifoliol yang bersifat antibakteri dalam

limbah tersebut. Kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini adalah tidak semua limbah dari

penyulingan minyak atsiri berpotensi untuk menjadi substrat dalam sel bahan bakar mikroba sebab

beberapa senyawa kimia yang bersifat antibakteri berpengaruh negative terhadap aktivitas bakteri

E.coli dalam sel tersebut.

  .

  Kata kunci : sel bahan bakar mikroba, Escherichia coli, limbah penyulingan minyak atsiri

Abstract

  

Effect of chemical compounds in the wastes of essential oil distillation including lime leaves,

lemongrass leaves, ylang-ylang flower, and coriander seed on the activity of Escherichia coli has

been performed. In this research, observation was done by using microbial fuel cell (using E.coli)

with two compartments were connected by nafion membrane and zinc plats were used as electrodes

which were connected by copper wire and multimeter. Energy production from the cell was shown

from the generated current due to the E.coli

  ’s oxidation activity to the substrates (distillation wastes).

Results from the research exhibited that chemical compounds in the lime leaves positively affected

to the bacterial activity with the generated current present up to 20 µA. It is also observed that mass

variation of the substrates significantly affected the current generation. Chemical compounds in the

three other wastes were found to be not as effective as lime leaves because from the analysis of their

methanol extracts by GC-MS indicated that these contained antibacterial compounds such as

octadecanoic acid and rosifoliol. Conclusion from the research was not all of wastes from essential

oil distillation have a potency to be used as substrates in the microbial fuel cell as some of these

  PENDAHULUAN E.coli merupakan bakteri

  dengan bentuk batang, gram-negatif, gammaproteobakterium dalam keluarga Enterbaktericeae dan merupakan anggota pada kelompok bakteri fecal coliform. Habitat utamanya adalah dalam usus mamalia berdarah panas, termasuk manusia. Bakteri ini dilepaskan ke lingkungan melalui deposisi feses ke habitat keduanya yakni lingkungan. Penelitian menunjukkan bahwa E. Coli dapat bertahan dalam waktu yang lama di lingkungan dan bereplikasi di air, alga, dan di tanah baik pada daerah tropis maupun subtropis pada temperatur lingkungan. Konsentrasi nutrien dan temperatur yang hangat merupakan faktor utama yang menyebabkan E.coli dapat hidup di luar inangnya (Ishii, S. and Sadowsky, M.J., 2008). Karena dapat hidup di lingkungan, E.coli juga menjadi indikator kualitas air dimana monitor keberadaan E.coli di lingkungan dapat menjadi indikasi adanya kontaminasi feses (Odonkor, S.T. and Ampofo, J.K., 2013). Kualitas air ini sangat berpengaruh besar pada lingkungan perairan yang digunakan untuk budidaya perikanan, kualitas air yang mengandung banyak

  E.coli dapat menyebabkan tingginya

  konsentrasi bakteri ini pada jaringan otot maupun pada sistem pencernaan ikan yang meningkatkan resiko pemaparan patogen pada konsumen ikan tersebut, yakni manusia (Dang, S.T.T. and Dalsgaard, A., 2012).

  Karena keberadaannya yang melimpah dan kemudahan hidupnya di lingkungan akhir-akhir ini, aktivitas

  E.coli banyak dimanfaatkan dalam sel bahan bakar mikroba (Fitrinaldi, 2011).

  Sel bahan bakar mikroba merupakan sistem bioelektrokimia yang mengunakan proses metabolisme mikroorganisme untuk mengubah senyawa-senyawa organik menjadi listrik, dimana operasi sistem ini dapat berlangsung pada temperatur dan tekanan ambien (Chouler et al., 2016).

  Secara sederhana, sel bahan bakar mikroba tersusun atas dua kompartemen, yakni kompartemen anoda dan kompartemen katoda. Di anoda, mikroba melangsungkan aktivitas oksidasi senyawa organik dan menghasilkan elektron. Senyawa- senyawa organik sederhana hingga senyawa yang lebih kompleks dapat diproses pada kompartemen ini. Sedangkan di katoda, proton dan elektron yang dihasilkan dari anoda bertemu dan membentuk air. Proses reduksi dan oksidasi pada sel bahan bakar mikroba ini juga melibatkan proses oksidasi senyawa organik oleh mikroba. Pada penelitian sebelumnya, berbagai substrat organik yang berasal dari air limbah seperti limbah rumah tangga, limbah pemurnian minyak bumi (Guo et al., 2016), hingga limbah padatan dari sisa-sisa makanan (Hou et

  al. , 2016) dapat digunakan di

  kompartemen anoda. Dimana energi kimia yang terkandung pada limbah- limbah ini adalah sekitar 26% berasal dari material organik serta unsur-unsur nutrisi seperti nitrogen dan fosfor (Gude, 2016).

  Salah satu limbah yang masih jarang digunakan sebagai substrat dalam sel bahan bakar mikroba adalah limbah dari proses penyulingan minyak atsiri. Metode penyulingan minyak atsiri terdiri atas penyulingan dengan air, penyulingan dengan uap dan air, serta penyulingan dengan uap (Sumitra dan Wijandi, 2003). Dari berbagai metode tersebut, yang paling umum digunakan adalah penyulingan yang menggunakan air ataupun uap air. Dimana hasil sampingnya berupa padatan dari bagian tumbuhan terekstrak yang akan menjadi limbah dan jika tidak dikelola dengan baik akan berdampak negatif bagi lingkungan. Limbah padat ini membusuk selama musim hujan di lahan penampungan, sehingga dapat menyebabkan bertambahnya beban kontaminan organik di perairan yang ber dampak pada masalah kesehatan lingkungan (Singh et al., 2013). Selain itu, limbah ini juga dimungkinkan mengandung senyawa-senyawa kimia yang berpotensi bersifat bioaktif.

  Tujuan penelitian ini adalah untuk mengamati pengaruh senyawa kimia yang terdapat pada limbah padat hasil penyulingan minyak atsiri dari beberapa bahan alam; daun jeruk, ketumbar, daun sereh dan bunga kenanga sebagai substrat pada bahan bakar mikroba terhadap aktivitas E.

  coli .

  METODOLOGI PENELITIAN Bahan dan Alat

  Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah E. coli dari Laboratorium Farmasi FMIPA UII, limbah limbah penyulingan minyak atsiri dari Center of Essential Oil Studies (CEOS) Universitas Islam Indonesia (limbah yang diuji pada penelitian ini berupa limbah padat produksi minyak atsiri daun jeruk, sereh, ketumbar dan bunga kenanga), buffer fosfat, NaCl, ekstrak yeast, pepton, glukosa, methanol (p.a.) dan aquadest.

  Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sel bahan bakar mikroba, multimeter digital, nafion, pipet mikro, petridish, seng, kawat tembaga, incubator, jarum ose, autoklaf, inkubator, hand blender,

  rotary evaporator dan alat-alat gelas

  laboratorium. Instrumen kimia yang digunakan untuk menganalisis kandungan senyawa organik pada limbah padat penyulingan adalah GC- MS (Shimadzu).

  Prosedur Penelitian Preparasi mikroorganisme E.coli

  Preparasi mikroorganisme

  E.coli terdiri dari pembuatan media pertumbuhan dan pembuatan inokulum.

  Media pertumbuhan yang digunakan merupakan campuran dari ekstrak yeast, pepton dan glukosa yang dilarutkan pada buffer fosfat. Dimana campuran larutan kemudian diproses dalam autoklaf. Pembuatan inokulum dilakukan terhadap media pertumbuhan yang telah dibuat, dengan cara mengambil 1 jarum ose biakan mikroba dari media padat (agar), kemudian diinokulasi ke dalam media pertumbuhan. Media pertumbuhan beserta mikroba yang telah diinokulasi selanjutnya diinkubasi selama 24 jam pada suhu 37 °C. E.coli yang digunakan pada penelitian ini merupakan E.coli non pathogen yang terlarut dalam media buffer.

  Persiapan sel bahan bakar mikroba

  Sistem sel bahan bakar mikroba yang dipersiapkan terdiri dari 2 kompartemen dengan ukuran 15 cm x 15 cm x 15 cm, sebagian sekat antar kompartemen tersebut terdiri atas nafion dengan ukuran 2 cm x 2 cm dan pada masing-masing kompartemen ditempatkan batangan seng serta jalinan kawat tembaga sebagai anoda dan katoda. Larutan NaCl 0,1 M sebagai elektrolit dimasukkan dengan penambahan buffer fosfat ke dalam kompartemen katoda dan anoda.

  Pengukuran aktivitas E.coli dari arus listrik yang dihasilkan pada sel bahan bakar mikroba dengan berbagai limbah

  Limbah yang digunakan dalam penelitian ini merupakan limbah padat yang dihancurkan terlebih dahulu dengan menggunakan hand blender. Masing-masing limbah ini dimasukkan ke dalam kompartemen anoda pada reactor sel bahan bakar, dimana kompartemen katodanya adalah campuran larutan NaCl dan buffer fosfat pH netral. Ke dalam masing- masing kompartemen anoda ditambahkan larutan yang mengandung E. coli sebanyak 200 µL, selanjutnya anoda dan katoda dihubungkan dengan multimeter. Pengukuran dilakukan sehingga kurva arus dari hasil percobaan selama 45 jam. Hasil yang diperoleh dari berbagai jenis limbah dibandingkan dengan satu sama lain. Selanjutnya dilakukan juga pengujian terkait pengaruh konsentrasi substrat dengan arus yang dihasilkan dan dilanjutkan dengan uji T untuk melihat signifikansi kedua data yang diperoleh.

  Analisis senyawa kimia dalam limbah

  Bahan alam yang mengandung minyak atsiri biasanya tidak lepas dari kandungan senyawa kimianya yang bersifat bioaktif terhadap bakteri. Oleh sebab itu, dalam penelitian ini juga dilakukan analisis kandungan yang tersisa setelah proses penyulingan, untuk mendapatkan informasi terkait bahan bioaktif tersebut. Sebelum dilakukan analisis, setiap sampel limbah diambil sebanyak 10 g kemudian diekstrak dengan metode maserasi dengan 50 mL metanol selama 48 jam. Selanjutnya ekstrak disaring dan filtrat ditampung untuk dipekatkan dengan rotary evaporator. Selanjutnya, ekstrak masing-masing sampel dianalisis kandungannya dengan gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).

  25

  5

  Perbandingan kinerja keempat substrat yang berasal dari limbah padat sisa penyulingan minyak atsiri dalam sistem sel bahan bakar mikroba dapat dilihat pada Gambar 1.

  Ketum Bunga Kenan Daun Je

Daun Sere

  mA) Waktu (jam)

  HASIL DAN PEMBAHASAN Aktivitas mikroba dalam bentuk pengukuran arus listrik pada sistem sel bahan bakar mikroba

  Perbandingan arus listrik yang dihasilkan dari substrat dengan 2 konsentrasi yang berbeda

  Pengamatan terkait efek dari konsentrasi substrat terhadap arus listrik yang dihasilkan dapat diamati pada Gambar

  20

  15

  10

50 I (

• 5

  25

  Waktu (jam) Daun jeruk 3 g Daun Jeruk 6 g

  60 I ( m A )

  40

  20

  40

  35

  30

  Grafik ini menunjukkan arus listrik yang dihasilkan dalam sistem sel bahan bakar selama 45 jam menggunakan limbah daun jeruk

  bakar mikroba dengan variasi massa substrat daun jeruk

  15

  10

  5

  Gambar 1. Pengukuran arus listrik dalam sistem sel bahan bakar mikroba dengan E.coli menggunakan substrat yang berasal dari beberapa limbah penyulingan minyak atsiri

  Gambar

  1. Menunjukkan hubungan antara jenis substrat dan arus listrik (yang diasumsikan sebagai aktivitas E.coli pada anoda) yang dihasilkan pada sistem sel bahan bakar mikroba selama 45 jam dengan massa tiap substrat, kondisi sel bahan bakar (kompartemen dan elektroda), dan volume larutan dengan E.coli yang sama. Aktivitas E.coli dalam berdasarkan aliran elektron yang ditunjukkan sebagai arus listrik. Pada sistem ini terlihat bahwa substrat yang berasal dari ketumbar, bunga kenanga dan daun sereh memiliki potensi untuk menghasilkan arus listrik yang lebih kecil yakni berkisar antara 0-3 µA jika dibandingkan dengan substrat dari daun jeruk dimana arus listrik yang dihasilkan pada awal sistem dapat mencapai 20 µA.

  2. Gambar 2. Pengukuran arus dalam sel bahan

  20 dengan 2 massa yang berbeda dengan seluruh kondisi operasi yang sama. Dari Gambar 2. dapat diamati bahwa daun jeruk dengan massa yang lebih besar menunjukkan arus listrik (aktvitas bakteri) yang lebih tinggi dengan selisih arus awal sekitar 10 µA. Jika kedua data dalam grafik tersebut dibandingkan satu sama lain dengan uji T yang mengasumsikan variansi berbeda (dari hasil uji F untuk kedua variansi menunjukkan nilai P<0,05),

  Gambar 3. Kromatogram ekstrak methanol

  maka dapat diamati adanya perbedaan

  dari (A) bunga kenanga (B) ketumbar (C) daun jeruk (D) daun sereh

  yang signifikan (t hitung Dari keempat kromatogram tersebut crit. [2,51]>t [1,99]) dari kedua data menunjukkan bahwa tidak seluruh pengamatan tersebut yang dipengaruhi senyawa kimia yang terkandung dalam oleh variasi massa substrat dalam sel sampel limbah telah hilang selama bahan bakar mikroba. proses penyulingan.

  Hasil dari Kromatogram B dan

  Analisis kandungan senyawa kimia

  C menunjukkan keberadaan senyawa

  dengan GC-MS

  Proses ekstraksi senyawa kimia kimia yang lebih sedikit dibandingkan yang terkandung pada limbah padat hasil dari kromatogram A dan D, dilakukan menggunakan pelarut dimana hasil dari kromatogram B dan C methanol yang memiliki tingkat menunjukkan adanya

  2 puncak kepolaran yang hampir mendekati air senyawa kimia yang dapat terdeteksi dan dianalisis dengan GC-MS. selain pelarut yang digunakan. Untuk

  Kromatogram dari hasil analisis mendapatkan informasi terkait keempat limbah dapat dilihat pada senyawa-senyawa tersebut maka Gambar 3. digunakan analisis dengan spektra oleh mikroba dalam sel bahan bakar. massa. Penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa karbohidrat pada pohon jeruk/tangerine biasanya terakumulasi pada akar dan daunnya (Moreira, R.A.,

  et al., 2013). Sedangkan arus listrik

  yang dihasilkan dari substrat ketumbar tidak terlalu tinggi dimungkinkan karena adanya senyawa kimia yang

  Gambar 4. Spektra massa asam oktadekanoat dalam kandungan ekstrak metanol bunga

  bersifat bioaktiv terhadap bakteri E.coli

  kenanga

  namun tidak terdeteksi dalam ekstrak methanol.

  Berbeda dengan spectra massa dari sampel limbah bunga kenanga (Gambar 4.) dan daun sereh (Gambar 5.), yang menunjukkan adanya puncak-

  Gambar 5. Spektra massa rosifoliol dalam

  puncak senyawa yang bersifat bioaktif

  ekstrak methanol daun sereh

  seperti asam oktadekanoat dan asam Hasil spektra massa dari ekstrak propanadioat dalam ekstrak bunga ketumbar dan daun jeruk tidak kenanga serta rosifoliol, asam menunjukkan teridentifikasinya oktadekanoat dan fenol pada ekstrak senyawa kimia yang bersifat bioaktif. daun sereh. Dimana penelitian

  Namun, daun jeruk sebagai substrat sebelumnya menyebutkan bahwa asam dalam sel bahan bakar mikroba oktadekanoat memiliki sifat antibakteri menunjukkan potensi dalam

  (Rahman, et al., 2014), begitu pula menghasilkan arus listrik yang lebih dengan senyawa rosifoliol (C.R., baik daripada ketumbar. Hal ini dapat Unnithan, et al., 2013) dan fenol (Burt, dimungkinkan terjadi karena adanya 2003) yang juga memiliki sifat bioaktif kandungan karbohidrat sebagai salah tersebut. Hal inilah yang mendasari satu bahan kimia yang dapat dioksidasi lebih kecilnya arus listrik yang dihasilkan dari daun sereh dan bunga antibakteri dalam limbah ini dapat kenanga dalam sistem sel bahan bakar dimanfaatkan untuk keperluan pada mikroba. bidang lain seperti budidaya perairan yang membutuhkan bahan-bahan

  

KESIMPULAN antibakteri alami untuk melawan

  Pengaruh berbagai jenis limbah mikroorganisme non-probiotik. penyulingan minyak atsiri sebagai

UCAPAN TERIMA KASIH

  sustrat dalam sel bahan bakar mikroba Penulis mengucapkan terhadap aktivitas E. coli telah diamati terimakasih kepada Universitas Islam selama masing-masing 45 jam. Di Indonesia yang telah memberikan antara keempat substrat yang Hibah Penelitian Internal melalui digunakan, senyawa kimia dalam daun DPPM UII sebagai dukungan financial jeruk menunjukkan pengaruh yang dalam penelitian ini. relative lebih positif terhadap aktivitas

  E.coli dalam menghasilkan arus listrik

DAFTAR PUSTAKA

  yakni mencapai 20 µA. Pengamatan Burt, S.A. and Reinders, R.D., 2003, juga menunjukkan bahwa perbedaan

  Antibacterial Activity of Selected massa substrat daun jeruk yang Plant Essential Oils Againts Escherichia coli O157:H7, Letters digunakan untuk sistem sel bahan bakar

  in Applied Microbiology , 36, 162-

  yang sama, berpengaruh signifikan 167

  C.R., Unnithan, W., Dagnaw, S., terhadap arus listrik yang dihasilkan. Di Undrala and Ravi, S., 2013, samping itu, ketiga substrat lain yang Composition and Antibacterial Activity of Essential Oil of digunakan; daun sereh, ketumbar dan Ocimum basilicum of Northern bunga kenanga teramati kurang efektif Ethiopia, Int. Res. J. Biological

  Sci ., Vol. 2(9), p. 1-4

  jika digunakan sebagai substrat karena Chouler, J., Padgett, G. A., Cameron, P. adanya kandungan senyawa yang

  J., Preuss, K., Titirici, M., Ieropoulos, I., & Lorenzo, Di, M. bersifat antibakteri yang belum hilang

  (2016). Towards Effective Small selama proses penyulingan sehingga Scale Microbial Fuel Cells for Energy Generation From Urine. mengurangi aktivitas E.coli di anoda.

  Electrochimica Acta , 192, 89 –98.

  Adanya senyawa yang bersifat http://doi.org/10.1016/j.electacta.

  

  Microbes Environ

  Memproduksi Minyak Atsiri Biji Pala

  48 –56. http://doi.org/10.1016/j.apsoil.201 3.04.007 Sumitra, O. dan Wijandi, S. 2003.

  Soil Ecology , 70 ,

  (2013). Vermicompost from biodegraded distillation waste improves soil properties and essential oil yield of Pogostemon cablin ( patchouli) Benth. Applied

  doi:10.1155/2014/635240 Singh, R., Singh, R., Soni, S. K., Singh, S. P., Chauhan, U. K., & Kalra, A.

  Journal, 2014: 635240

  Rahman, M.M., Ahmad, S.H., Mohammed, M.T.M., and Ab Rahman, M.Z., 2014, Antimcrobial Compounds from Leaf Extracts of Jatropha curcas, Psidium Guava, and Andrographis paniculata, The Scientific World

  Research , 4:e2

  Escherichia coli as An Indicator of Bacteriological Quality of Water: an Overview, Microbiology

  Agron., v. 44, n.3, p. 571-577 Odonkor, S.T. and Ampofo, J.K., 2013,

  Moreira, R.A., et al., 2013, Carbohydrate Levels in The Leaves and Production Consistency of The Ponkam Tangerine When Thinned Out With Ethepon, Rev. Cienc.

  ., vol. 23, no. 2, 101-108

  Escherichia coli in the Environment: Implications for Water Quality and Human Health,

  015.12.049 Ishii, S. and Sadowsky, M.J., 2008,

• – 444. http://doi.org/10.1016/j.renene.20 15.10.041

  Hou, Q., Pei, H., Hu, W., Jiang, L., & Yu, Z. (2016). Bioresource Technology Mutual facilitations of food waste treatment , microbial fuel cell bioelectricity generation and Chlorella vulgaris lipid production. Bioresource http://doi.org/10.1016/j.biortech.2

  Architecture Engineering of Hierarchically Porous Chitosan/Vacuum- Stripped Graphene Sca ff old as Bioanode for High Performance Microbial Fuel Cell. Nano Letters, 12, 4738

  He, Z., Liu, J., Qiao, Y., Li, C. M., Thatt, T., & Tan, Y. (2012).

  Influence of packing material characteristics on the performance of microbial fuel cells using petroleum refinery wastewater as fuel. Renewable Energy, 87, 437

  Guo, X., Zhan, Y., Chen, C., Cai, B., Wang, Y., & Guo, S. (2016).

  Gude, V. G. (2016). Wastewater Treatment in Microbial Fuel Cells

  Sebagai Energi Alternatif Menggunakan Bakteri Escherichia Coli . Universitas Andalas.

  1319 Fitrinaldi. (2011). Microbial Fuel Cell

  J.Food Prot ., Vol.75, no. 7 , 1317-

  Escherichia coli Contamination of Fish Raised in Integrated Pig-fish Aquaculture Systems in Vietnam,

  2016.01.112 Dang, S.T.T. and Dalsgaard, A., 2012,

• An Overview. Journal of Cleaner Production . http://doi.org/10.1016/j.jclepro.20 16.02.022
• – 4741.